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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-26
(45)【発行日】2024-07-04
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/407 20060101AFI20240627BHJP
G01N 27/409 20060101ALI20240627BHJP
【ＦＩ】
G01N27/407
G01N27/409 100
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020181914
(22)【出願日】2020-10-29
(65)【公開番号】P2022072458
(43)【公開日】2022-05-17
【審査請求日】2023-04-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000004547
【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100113022
【弁理士】
【氏名又は名称】赤尾 謙一郎
(74)【代理人】
【氏名又は名称】下田 昭
(72)【発明者】
【氏名】米津 邦彦
(72)【発明者】
【氏名】島崎 雄次
(72)【発明者】
【氏名】吉田 将之
【審査官】黒田 浩一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０２３９８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０４０７１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２５７１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０７０６０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開平０１－１４６１５５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許第０４７５６８８５（ＵＳ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／００９９２９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／４０７
Ｇ０１Ｎ ２７／４０９
Ｇ０１Ｎ ２７／４１
Ｇ０１Ｎ ２７／４１９
Ｇ０１Ｎ ２７／４１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検知する検知部及び前記検知部に連通して前記被検出ガスを前記検知部に導入する素子導入孔が形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端側の周囲に固定されると共に、前記センサ素子の前記先端側を取り囲む一重筒状のプロテクタと、
を備えたガスセンサであって、
前記プロテクタは、後端側を向くガス導入孔と、前記ガス導入孔よりも先端側に配置されたガス排出孔とを有し、
前記軸線方向に前記ガス導入孔と前記主体金具の先端向き面との間に隙間Ｇを有し、
前記軸線方向に沿って後端側へ向かい前記ガス導入孔を見たとき、前記主体金具の前記先端向き面が臨む面積Ｓｈが前記ガス導入孔の開口面積Ｓｇの１/２以上であり、
前記素子導入孔の全部は前記主体金具の前記先端向き面の最先端よりも先端側に位置し、
前記隙間Ｇの距離Ｌ１が、前記ガス導入孔の直径Ｄよりも小さいことを特徴とするガスセンサ。
【請求項2】
軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検知する検知部及び前記検知部に連通して前記被検出ガスを前記検知部に導入する素子導入孔が形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、
前記主体金具の先端側の周囲に固定されると共に、前記センサ素子の前記先端側を取り囲む一重筒状のプロテクタと、
を備えたガスセンサであって、
前記プロテクタは、後端側を向くガス導入孔と、前記ガス導入孔よりも先端側に配置されたガス排出孔とを有し、
前記軸線方向に前記ガス導入孔と前記主体金具の先端向き面との間に隙間Ｇを有し、
前記軸線方向に沿って後端側へ向かい前記ガス導入孔を見たとき、前記主体金具の前記先端向き面が臨む面積Ｓｈが前記ガス導入孔の開口面積Ｓｇの１/２以上であり、
前記素子導入孔の全部は前記主体金具の前記先端向き面の最先端よりも先端側に位置し、
前記隙間Ｇの距離Ｌ１が、前記センサ素子と前記ガス導入孔との径方向の距離Ｌ２よりも小さいことを特徴とするガスセンサ。
【請求項3】
前記主体金具の前記先端向き面は、前記径方向に平行な水平面、及び/又は先端側に向かって窄まると共に径方向外側に向くテーパ面を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセンサ。
【請求項4】
前記ガス導入孔を前記径方向の外側から見たとき、前記プロテクタの内部が見えないことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一重のプロテクタを備えたガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、筒状の主体金具にセンサ素子を保持し、さらに排ガスに晒されるセンサ素子の先端側を一重又は二重のプロテクタで保護するガスセンサが知られている。このプロテクタにはガス導入孔が設けられているが、排ガスに混入した凝縮水がセンサ素子に到達するのを抑制する耐被水性と、センサ素子の検知部へ速やかに排ガスを導入する応答性とを要求される。ここで、センサ素子は自身のヒータ、又は高温の排ガスによって加熱されており、このセンサ素子に凝縮水が接触すると熱衝撃が生じて素子割れが生じるおそれがある。
そこで、プロテクタを一重として応答性を向上させると共に、プロテクタに設けた水平な段部にガス導入孔を設け、ガス導入孔を主体金具の先端側に臨ませる技術が開発されている（特許文献１）。この技術によれば、排ガスはガス導入孔から一旦主体金具へ向かい、その後、ガス導入孔と主体金具との間の内部空間で向きを変えてプロテクタ内部を先端側へ向かう。このため、凝縮水が自重で排ガスから分離されやすいとされる。
そこで、プロテクタを一重として応答性を向上させると共に、プロテクタに設けた水平な段部にガス導入孔を設け、ガス導入孔を主体金具の先端側に臨ませる技術が開発されている（特許文献１）。この技術によれば、排ガスはガス導入孔から一旦主体金具へ向かい、その後、ガス導入孔と主体金具との間の内部空間で向きを変えてプロテクタ内部を先端側へ向かう。このため、凝縮水が自重で排ガスから分離されやすいとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－７０６０１号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、主体金具側から向きを変えた凝縮水が、そのままセンサ素子の検知部に到達すると、素子割れ等が生じるおそれがあり、耐被水性が不十分となる。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、一重のプロテクタを用いて耐被水性と応答性とを共に向上させることができるガスセンサを提供することを目的とする。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、一重のプロテクタを用いて耐被水性と応答性とを共に向上させることができるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検知する検知部及び前記検知部に連通して前記被検出ガスを前記検知部に導入する素子導入孔が形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、前記主体金具の先端側の周囲に固定されると共に、前記センサ素子の前記先端側を取り囲む一重筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサであって、前記プロテクタは、後端側を向くガス導入孔と、前記ガス導入孔よりも先端側に配置されたガス排出孔とを有し、前記軸線方向に前記ガス導入孔と前記主体金具の先端向き面との間に隙間Ｇを有し、前記軸線方向に沿って後端側へ向かい前記ガス導入孔を見たとき、前記主体金具の前記先端向き面が臨む面積Ｓｈが前記ガス導入孔の開口面積Ｓｇの１/２以上であり、前記素子導入孔の全部は前記主体金具の前記先端向き面の最先端よりも先端側に位置し、前記隙間Ｇの距離Ｌ１が、前記ガス導入孔の直径Ｄよりも小さいことを特徴とする。
【0006】
このガスセンサによれば、Ｌ１＜Ｄとすることで、水滴が被検出ガスとともにガス導入孔から主体金具へ向かうと、この水滴が主体金具の先端向き面に確実に当たって破壊され、細かい水滴となる。このため、この水滴が向きを変えてプロテクタ内部を先端側へ向かい、仮にセンサ素子の先端側に接触しても、大径の水滴がそのままセンサ素子に接触する場合に比べてセンサ素子の熱衝撃が低減されて割れ難くなり、耐被水性を向上させることができる。
ここで、Ｓｈ＞１/２×Ｓｇとすることで、ガス導入孔の開口面積の１/２以上が主体金具の先端向き面に対向するので、ガス導入孔から主体金具へ向かう水滴が先端向き面に当たる割合が増え、水滴をより確実に先端向き面に当てて細かく破壊させることができる。
さらに、プロテクタは一重であるので、二重プロテクタに比べて被検出ガスがプロテクタ内に流入しやすく、応答性も向上する。
ここで、Ｓｈ＞１/２×Ｓｇとすることで、ガス導入孔の開口面積の１/２以上が主体金具の先端向き面に対向するので、ガス導入孔から主体金具へ向かう水滴が先端向き面に当たる割合が増え、水滴をより確実に先端向き面に当てて細かく破壊させることができる。
さらに、プロテクタは一重であるので、二重プロテクタに比べて被検出ガスがプロテクタ内に流入しやすく、応答性も向上する。
【0007】
なお、Ｌ１＜Ｄとした理由は、ガス導入孔からプロテクタ内に導入される水滴の最大径がＤであり、仮にＬ１≧Ｄであると、ガス導入孔から直径Ｄの水滴が隙間Ｇに入った場合、先端向き面に当たらずにプロテクタ内を移動し、大粒のままセンサ素子に接触するおそれがあるからである。
【0008】
本発明の第２の態様のガスセンサは、軸線方向に延び、先端側に被検出ガスを検知する検知部及び前記検知部に連通して前記被検出ガスを前記検知部に導入する素子導入孔が形成されたセンサ素子と、前記センサ素子の径方向周囲を取り囲んで保持する筒状の主体金具と、前記主体金具の先端側の周囲に固定されると共に、前記センサ素子の前記先端側を取り囲む一重筒状のプロテクタと、を備えたガスセンサであって、前記プロテクタは、後端側を向くガス導入孔と、前記ガス導入孔よりも先端側に配置されたガス排出孔とを有し、前記軸線方向に前記ガス導入孔と前記主体金具の先端向き面との間に隙間Ｇを有し、前記軸線方向に沿って後端側へ向かい前記ガス導入孔を見たとき、前記主体金具の前記先端向き面が臨む面積Ｓｈが前記ガス導入孔の開口面積Ｓｇの１/２以上であり、前記素子導入孔の全部は前記主体金具の前記先端向き面の最先端よりも先端側に位置し、前記隙間Ｇの距離Ｌ１が、前記センサ素子と前記ガス導入孔との径方向の距離Ｌ２よりも小さいことを特徴とする。
【0009】
このガスセンサによれば、Ｌ１＜Ｌ２とすることで、水滴が被検出ガスとともにガス導入孔から主体金具へ向かうと、この水滴が主体金具の先端向き面に確実に当たって破壊され、細かい水滴となる。このため、この水滴が向きを変えてプロテクタ内部を先端側へ向かい、仮にセンサ素子の先端側に接触しても、大径の水滴がそのままセンサ素子に接触する場合に比べてセンサ素子の熱衝撃が低減されて割れ難くなり、耐被水性を向上させることができる。
ここで、Ｓｈ＞１/２×Ｓｇとすることで、主体金具の先端向き面の面積の１/２以上がガス導入孔に対向するので、ガス導入孔から主体金具へ向かう水滴が先端向き面に当たる割合が増え、水滴をより確実に先端向き面に当てて細かく破壊させることができる。
さらに、プロテクタは一重であるので、二重プロテクタに比べて被検出ガスがプロテクタ内に流入しやすく、応答性も向上する。
なお、ガス導入孔から水滴が隙間Ｇに入り、仮に先端向き面に当たらずにプロテクタ内を移動した場合の水滴の最大径がＬ１となる。そこで、Ｌ１＜Ｌ２とすれば、最大径Ｌ１の水滴であってもセンサ素子から遠ざかるので、センサ素子に接触する可能性が低くなる。
ここで、Ｓｈ＞１/２×Ｓｇとすることで、主体金具の先端向き面の面積の１/２以上がガス導入孔に対向するので、ガス導入孔から主体金具へ向かう水滴が先端向き面に当たる割合が増え、水滴をより確実に先端向き面に当てて細かく破壊させることができる。
さらに、プロテクタは一重であるので、二重プロテクタに比べて被検出ガスがプロテクタ内に流入しやすく、応答性も向上する。
なお、ガス導入孔から水滴が隙間Ｇに入り、仮に先端向き面に当たらずにプロテクタ内を移動した場合の水滴の最大径がＬ１となる。そこで、Ｌ１＜Ｌ２とすれば、最大径Ｌ１の水滴であってもセンサ素子から遠ざかるので、センサ素子に接触する可能性が低くなる。
【0010】
本発明のガスセンサにおいて、前記主体金具の前記先端向き面は、前記径方向に平行な水平面、及び/又は先端側に向かって窄まると共に径方向外側に向くテーパ面を構成してもよい。
このガスセンサによれば、ガス導入孔から水平面又はテーパ面に当たった水滴は、下方に向く（水平面）か、径方向外側に向く（テーパ面）、つまり径方向内側に近づかない方向に跳ね返るので、水滴がセンサ素子に接触し難くなる。
これに対し、仮に主体金具の先端向き面が「先端側に向かって窄まると共に径方向内側に向くテーパ面」を有する場合、このテーパ面に当たった水滴は、径方向内側に跳ね返ってセンサ素子に接近する。このため、水滴がセンサ素子に接触して被水し易くなり、耐被水性が低下する場合がある。
このガスセンサによれば、ガス導入孔から水平面又はテーパ面に当たった水滴は、下方に向く（水平面）か、径方向外側に向く（テーパ面）、つまり径方向内側に近づかない方向に跳ね返るので、水滴がセンサ素子に接触し難くなる。
これに対し、仮に主体金具の先端向き面が「先端側に向かって窄まると共に径方向内側に向くテーパ面」を有する場合、このテーパ面に当たった水滴は、径方向内側に跳ね返ってセンサ素子に接近する。このため、水滴がセンサ素子に接触して被水し易くなり、耐被水性が低下する場合がある。
【0011】
本発明のガスセンサにおいて、前記ガス導入孔を前記径方向の外側から見たとき、前記プロテクタの内部が見えなくてもよい。
このガスセンサによれば、径方向から水滴がプロテクタの内部、ひいてはセンサ素子に直接接触することを抑制することができる。
このガスセンサによれば、径方向から水滴がプロテクタの内部、ひいてはセンサ素子に直接接触することを抑制することができる。
【発明の効果】
【0012】
この発明によれば、一重のプロテクタを用いて耐被水性と応答性とを共に向上させることができるガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１の態様の実施形態にかかるガスセンサの断面図である。
【図2】先端側後端側へ向かってプロテクタ（ガス導入孔）を見たときの平面図である。
【図4】本発明の第２の態様の実施形態にかかるガスセンサ１の断面図である。
【図5】ガス導入孔の向きが異なる実施形態を示す断面図である。
【図6】ガス導入孔を径方向の外側から見たとき、プロテクタの内部が見える場合を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の第１の態様の実施形態について、図１～図３に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の態様の実施形態にかかるガスセンサ１の断面図、図２は先端側から後端側へ向かってプロテクタ５１（ガス導入孔５６）を見たときの平面図、図３は図１のプロテクタ付近の部分拡大図である。
【0015】
図１において、ガスセンサ（全領域空燃比ガスセンサ）１は、センサ素子２１と、軸線Ｏ方向に貫通してセンサ素子２１を挿通させる貫通孔３２を有するホルダ（セラミックホルダ）３０と、セラミックホルダ３０の径方向周囲を取り囲む主体金具１１と、プロテクタ５１と、を備えている。
センサ素子２１のうち、検知部２２が形成された先端側が、セラミックホルダ３０及び主体金具１１より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子２１は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
センサ素子２１のうち、検知部２２が形成された先端側が、セラミックホルダ３０及び主体金具１１より先端に突出している。このように貫通孔３２を通されたセンサ素子２１は、セラミックホルダ３０の後端面側（図示上側）に配置されたシール材（本例では滑石）４１を、絶縁材からなるスリーブ４３、リングワッシャ４５を介して先後方向に圧縮することによって、主体金具１１の内側において先後方向に気密を保持して固定されている。
【0016】
なお、センサ素子２１の後端側２９はスリーブ４３及び主体金具１１より後方に突出しており、その後端側２９に形成された各電極端子２４に、シール材８５を通して外部に引き出された各リード線７１の先端に設けられた端子金具７５が圧接され、電気的に接続されている。また、この電極端子２４を含むセンサ素子２１の後端側２９は、外筒８１でカバーされている。以下、さらに詳細に説明する。
【0017】
センサ素子２１は軸線Ｏ方向に延びると共に、測定対象に向けられる先端側（図示下側）に、検知用電極等（図示せず）からなり被検出ガス中の特定ガス成分を検出する検知部２２を備えた帯板状（板状）をなしている。センサ素子２１の横断面は、先後において一定の大きさの長方形（矩形）をなし、セラミック（固体電解質等）を主体として細長いものとして形成されている。このセンサ素子２１自体は、従来公知のものと同じものであり、固体電解質（部材）の先端側に検知部２２をなす一対の検知用電極が配置され、これに連なり後端側には、検知用出力取り出し用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。
【0018】
また、本例では、センサ素子２１のうち、固体電解質（部材）に積層状に形成されたセラミック材の先端側内部にヒータ（図示せず）が設けられており、後端側には、このヒータへの電圧印加用のリード線７１接続用の電極端子２４が露出形成されている。なお、図示はしないが、これら電極端子２４は縦長矩形に形成され、例えばセンサ素子２１の後端側２９において、帯板の幅広面（両面）に３つ又は２つの電極端子が横に並んでいる。
なお、センサ素子２１の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。又、センサ素子２１には、検知部２２に連通して被検出ガスを検知部２２に導入する素子導入孔２５が設けられており、素子導入孔２５には図示しない多孔質の拡散抵抗層が配置されている。
なお、センサ素子２１の検知部２２に、アルミナ又はスピネル等からなる多孔質の保護層２３が被覆されている。又、センサ素子２１には、検知部２２に連通して被検出ガスを検知部２２に導入する素子導入孔２５が設けられており、素子導入孔２５には図示しない多孔質の拡散抵抗層が配置されている。
【0019】
主体金具１１は、先後において同心異径の筒状をなし、先端側には小径で後述するプロテクタ５１を外嵌して固定するための円筒状の円環状部（以下、円筒部ともいう）１２を有し、その後方（図示上方）の外周面には、それより大径をなす、エンジンの排気管への固定用のネジ１３が設けられている。そして、その後方には、このネジ１３によってセンサ１をねじ込むための多角形の工具係合部１４を備えている。また、この工具係合部１４の後方には、ガスセンサ１の後方をカバーする保護筒（外筒）８１を外嵌して溶接する円筒部１５が連設され、その後方には外径がそれより小さく薄肉のカシメ用円筒部１６を備えている。
【0020】
なお、このカシメ用円筒部１６は、図１では、カシメ後のために内側に曲げられている。なお、工具係合部１４の下面には、ねじ込み時におけるシール用のガスケット１９が取着されている。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１７を有している。
一方、主体金具１１は、軸線Ｏ方向に貫通する内孔１８を有している。内孔１８の内周面は後端側から先端側に向かって径方向内側に先細るテーパ状の段部１７を有している。
【0021】
主体金具１１の内側には、絶縁性セラミック（例えばアルミナ）からなり、概略短円筒状に形成されたセラミックホルダ３０が配置されている。セラミックホルダ３０は、先端に向かって先細りのテーパ状に形成された先端向き面３０ａを有している。そして、先端向き面３０ａの外周寄りの部位が段部１７に係止されつつ、セラミックホルダ３０が後端側からシール材４１で押圧されることで主体金具１１内にセラミックホルダ３０が位置決めされ、かつ隙間嵌めされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子２１が略隙間なく通るように、センサ素子２１の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。
一方、貫通孔３２は、セラミックホルダ３０の中心に設けられると共に、センサ素子２１が略隙間なく通るように、センサ素子２１の横断面とほぼ同一の寸法の矩形の開口とされている。
【0022】
センサ素子２１は、セラミックホルダ３０の貫通孔３２に通され、センサ素子２１の先端２１ａをセラミックホルダ３０及び主体金具１１の先端１２ａよりも先方に突出させている。
一方、センサ素子２１の先端部は、一重の有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１で覆われている。プロテクタ５１の後端は主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。又、プロテクタ５１の後端寄りの部位には、径方向（軸線Ｏ方向に垂直な方向）に沿う段部５１ｄが形成され、段部５１ｄより先端側が小径となっている。
そして、段部５１ｄには後端側を向くガス導入孔５６が開口している。図２に示すように、本例では、ガス導入孔５６は段部５１ｄの周方向に等間隔に複数（１２個）設けられている。なお、「後端側を向く」とは、ガス導入孔５６の周縁のうち、プロテクタ５１内側の周縁を通る平面５６ｅの垂線が径方向と角度をなし（径方向と平行でない）、かつガス導入孔５６のうちプロテクタ５１の内側の周縁が最も後端側に位置する（換言すれば、ガス導入孔５６のうちプロテクタ５１の外側の周縁より内側の周縁の方が後端側にある）ことをいう。
一方、センサ素子２１の先端部は、一重の有底円筒状のプロテクタ（保護カバー）５１で覆われている。プロテクタ５１の後端は主体金具１１の円筒部１２に外嵌され、溶接されている。又、プロテクタ５１の後端寄りの部位には、径方向（軸線Ｏ方向に垂直な方向）に沿う段部５１ｄが形成され、段部５１ｄより先端側が小径となっている。
そして、段部５１ｄには後端側を向くガス導入孔５６が開口している。図２に示すように、本例では、ガス導入孔５６は段部５１ｄの周方向に等間隔に複数（１２個）設けられている。なお、「後端側を向く」とは、ガス導入孔５６の周縁のうち、プロテクタ５１内側の周縁を通る平面５６ｅの垂線が径方向と角度をなし（径方向と平行でない）、かつガス導入孔５６のうちプロテクタ５１の内側の周縁が最も後端側に位置する（換言すれば、ガス導入孔５６のうちプロテクタ５１の外側の周縁より内側の周縁の方が後端側にある）ことをいう。
【0023】
一方、プロテクタ５１の先端の底部５１ａ中央にはガス排出孔５３（本例では１個）が設けられている。ガス排出孔５３は、ガス導入孔５６よりも先端側に配置され、ガスセンサ１が取り付けられる取付対象（排気管等）を流れる被検出ガスの流れによってプロテクタ５１内のガスがガス排出孔５３から外部へ吸い出され、その負圧により、ガス導入孔５６から被検出ガスがプロテクタ５１内へ導入される。
なお、図１の例では、プロテクタ５１の先端の底部５１ａ中央が平行な２本の切れ目で後端側に切り起こされてカバー５１ｆを形成し、ガス排出孔５３は、プロテクタ５１の底部５１ａとカバー５１ｆとの間の隙間に径方向に向いて形成されている。この場合、プロテクタ５１を軸線Ｏ方向の先端側から見たとき、ガス排出孔５３が直接見えないので、ガス排出孔５３から凝縮水等の水滴がプロテクタ５１内部に侵入することを抑制できる。
なお、図１の例では、プロテクタ５１の先端の底部５１ａ中央が平行な２本の切れ目で後端側に切り起こされてカバー５１ｆを形成し、ガス排出孔５３は、プロテクタ５１の底部５１ａとカバー５１ｆとの間の隙間に径方向に向いて形成されている。この場合、プロテクタ５１を軸線Ｏ方向の先端側から見たとき、ガス排出孔５３が直接見えないので、ガス排出孔５３から凝縮水等の水滴がプロテクタ５１内部に侵入することを抑制できる。
【0024】
又、図１に示すように、センサ素子２１の後端側２９に形成された各電極端子２４には、外部にシール材８５を通して引き出された各リード線７１の先端に設けられた各端子金具７５がそのバネ性により圧接され、電気的に接続されている。そして、この圧接部を含む各端子金具７５は、本例ガスセンサ１では、外筒８１内に配置された絶縁性のセパレータ９１内に設けられた各収容部内に、それぞれ対向配置で設けられている。なお、セパレータ９１は、外筒８１内にカシメ固定された保持部材８２を介して径方向及び先端側への動きが規制されている。そして、この外筒８１の先端部を、主体金具１１の後端側の円筒部１５に外嵌して溶接することで、ガスセンサ１の後方が気密状にカバーされている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、この小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。
なお、リード線７１は外筒８１の後端部の内側に配置されたシール材（例えばゴム）８５を通されて外部に引き出されており、この小径筒部８３を縮径カシメしてこのシール材８５を圧縮することにより、この部位の気密が保持されている。
【0025】
因みに、外筒８１の軸線Ｏ方向の中央よりやや後端側には、先端側が径大の段部８１ｄが形成され、この段部８１ｄの内面がセパレータ９１の後端を先方に押すように支持する。一方、セパレータ９１はその外周に形成されたフランジ９３を外筒８１の内側に固定された保持部材８２の上に支持させられており、段部８１ｄと保持部材８２とによってセパレータ９１が軸線Ｏ方向に保持されている。
【0026】
次に、本発明の第１の態様の特徴部分について説明する。
図１、図３に示すように、本実施形態では、軸線Ｏ方向に向かい合うガス導入孔５６と主体金具１１の先端向き面１２ａとの間に隙間Ｇを有している。又、図２に示すように、軸線Ｏ方向から後端側へ向かってガス導入孔５６を見たとき、主体金具１１の先端向き面１２ａが臨む面積Ｓｈがガス導入孔５６の開口面積Ｓｇの１/２以上である。なお、Ｓｈ及びＳｇは、それぞれ合計面積であり、例えばＳｇは個々のガス導入孔５６の開口面積を１２個合算したものである。
なお、本実施形態では、全ての個々のガス導入孔５６について、それぞれの面積Ｓｈ１が開口面積Ｓｇ１の１／２以上にもなっている。Ｓｈ１及びＳｇ１はそれぞれ個々のガス導入孔５６に対応する面積を表す。
さらに、素子導入孔２５の全部は主体金具１１の先端向き面１２ａの最先端１２ｆよりも先端側に位置し、隙間Ｇの距離（最先端１２ｆと平面５６ｅとの距離）Ｌ１が、ガス導入孔５６の直径Ｄよりも小さい。
図１、図３に示すように、本実施形態では、軸線Ｏ方向に向かい合うガス導入孔５６と主体金具１１の先端向き面１２ａとの間に隙間Ｇを有している。又、図２に示すように、軸線Ｏ方向から後端側へ向かってガス導入孔５６を見たとき、主体金具１１の先端向き面１２ａが臨む面積Ｓｈがガス導入孔５６の開口面積Ｓｇの１/２以上である。なお、Ｓｈ及びＳｇは、それぞれ合計面積であり、例えばＳｇは個々のガス導入孔５６の開口面積を１２個合算したものである。
なお、本実施形態では、全ての個々のガス導入孔５６について、それぞれの面積Ｓｈ１が開口面積Ｓｇ１の１／２以上にもなっている。Ｓｈ１及びＳｇ１はそれぞれ個々のガス導入孔５６に対応する面積を表す。
さらに、素子導入孔２５の全部は主体金具１１の先端向き面１２ａの最先端１２ｆよりも先端側に位置し、隙間Ｇの距離（最先端１２ｆと平面５６ｅとの距離）Ｌ１が、ガス導入孔５６の直径Ｄよりも小さい。
【0027】
このように、Ｌ１＜Ｄとすることで、凝縮水等の水滴Ｗが被検出ガスとともにガス導入孔５６から主体金具１１へ向かうと、この水滴Ｗが主体金具１１の先端向き面１２ａに確実に当たって破壊され、細かい水滴となる。このため、この水滴が向きを変えてプロテクタ５１内部を先端側へ向かい、仮にセンサ素子２１の先端側に接触しても、大径の水滴Ｗがそのままセンサ素子２１に接触する場合に比べてセンサ素子２１の熱衝撃が低減されて割れ難くなり、耐被水性を向上させることができる。
ここで、Ｓｈ＞１/２×Ｓｇとすることで、ガス導入孔５６の開口面積の１/２以上が主体金具１１の先端向き面１２ａに対向するので、ガス導入孔５６から主体金具１１へ向かう水滴Ｗが先端向き面１２ａに当たる割合が増え、水滴Ｗをより確実に先端向き面１２ａに当てて細かく破壊させることができる。
さらに、プロテクタ５１は一重であるので、二重プロテクタに比べて被検出ガスがプロテクタ内に流入しやすく、応答性も向上する。
また、Ｌ１は０より大きければ良いが、Ｌ１＞０．５ｍｍであると、プロテクタ５１のガスを導入しやすく、好ましい。
ここで、Ｓｈ＞１/２×Ｓｇとすることで、ガス導入孔５６の開口面積の１/２以上が主体金具１１の先端向き面１２ａに対向するので、ガス導入孔５６から主体金具１１へ向かう水滴Ｗが先端向き面１２ａに当たる割合が増え、水滴Ｗをより確実に先端向き面１２ａに当てて細かく破壊させることができる。
さらに、プロテクタ５１は一重であるので、二重プロテクタに比べて被検出ガスがプロテクタ内に流入しやすく、応答性も向上する。
また、Ｌ１は０より大きければ良いが、Ｌ１＞０．５ｍｍであると、プロテクタ５１のガスを導入しやすく、好ましい。
【0028】
なお、Ｌ１＜Ｄとした理由は、ガス導入孔５６からプロテクタ５１内に導入される水滴Ｗの最大径がＤであり、仮にＬ１≧Ｄであると、ガス導入孔５６から直径Ｄの水滴Ｗが隙間Ｇに入った場合、先端向き面１２ａに当たらずにプロテクタ５１内を移動し、大粒のままセンサ素子２１に接触するおそれがあるからである。
【0029】
また、素子導入孔２５の全部が最先端１２ｆよりも先端側に位置する必要がある理由は以下による。つまり、ガス導入孔５６から導入された被検出ガスは先端向き面１２ａの最先端１２ｆの位置から向きを変えてプロテクタ５１内部を先端側へ向かう。そこで、最先端１２ｆよりも先端側に素子導入孔２５の全部が位置することで、この被検出ガスを確実にセンサ素子２１の検知部２２に接触させて検知でき、検知精度が向上する。
素子導入孔２５の少なくとも一部が、ガス導入孔５６の平面５６ｅよりも先端側に位置すると、被検出ガスをさらに確実にセンサ素子２１の検知部２２に接触させて検知でき、検知精度がさらに向上する。
素子導入孔２５の少なくとも一部が、ガス導入孔５６の平面５６ｅよりも先端側に位置すると、被検出ガスをさらに確実にセンサ素子２１の検知部２２に接触させて検知でき、検知精度がさらに向上する。
【0030】
なお、図２に示すようにガス導入孔５６が複数個ある場合、個々のガス導入孔５６と、そのガス導入孔５６が個別に対向する主体金具１１の先端向き面１２ａの最先端１２ｆにつき、いずれのガス導入孔５６についてもＬ１＜Ｄの関係にあることが最適である。しかし、複数個あるガス導入孔５６のうち少なくとも１つでもＬ１＜Ｄの関係を満たすガス導入孔５６があれば、大粒のままセンサ素子２１に到達する水滴の量を減らすことができる。
又、個々のガス導入孔５６についてのＬ１は、後述する図５、図６等のように平面５６ｅが斜めな場合も考慮し、最先端１２ｆと、平面５６ｅのうちガス導入孔５６の周縁の部位との最短の距離である。
又、個々のガス導入孔５６についてのＬ１は、後述する図５、図６等のように平面５６ｅが斜めな場合も考慮し、最先端１２ｆと、平面５６ｅのうちガス導入孔５６の周縁の部位との最短の距離である。
【0031】
次に、本発明の第２の態様の実施形態について、図４に基づいて詳細に説明する。図４は、本発明の第２の態様の実施形態にかかるガスセンサのプロテクタ１５１付近の部分拡大図である。
なお、第２の態様の実施形態にかかるガスセンサは、主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２、及びプロテクタ１５１以外の構成は、第１の態様の実施形態にかかるガスセンサと同様であるので同一部分についての説明及び図示を省略する。
なお、第２の態様の実施形態にかかるガスセンサは、主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２、及びプロテクタ１５１以外の構成は、第１の態様の実施形態にかかるガスセンサと同様であるので同一部分についての説明及び図示を省略する。
【0032】
図４に示すように、本実施形態でも、軸線Ｏ方向にガス導入孔１５６と主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２との間に隙間Ｇを有している。又、図示しないが、軸線Ｏ方向から後端側へ向かってガス導入孔１５６を見たとき、主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２が臨む面積Ｓｈがガス導入孔１５６の開口面積Ｓｇの１/２以上である。
さらに、素子導入孔２５の全部は主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２の最先端１２０ｆよりも先端側に位置し、隙間Ｇの距離Ｌ１が、センサ素子２１とガス導入孔１５６との径方向の距離Ｌ２よりも小さい。
さらに、素子導入孔２５の全部は主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２の最先端１２０ｆよりも先端側に位置し、隙間Ｇの距離Ｌ１が、センサ素子２１とガス導入孔１５６との径方向の距離Ｌ２よりも小さい。
【0033】
このように、Ｌ１＜Ｌ２とすることで、水滴Ｗが被検出ガスとともにガス導入孔１５６から主体金具１１へ向かうと、この水滴Ｗが主体金具１１の先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２に確実に当たって破壊され、細かい水滴となる。このため、第２の態様においても、大径の水滴Ｗがそのままセンサ素子２１に接触する場合に比べてセンサ素子２１の熱衝撃が低減されて割れ難くなり、耐被水性を向上させることができる。
また、Ｌ１は０より大きければ良いが、Ｌ１＞０．５ｍｍであると、プロテクタ５１のガスを導入しやすく、好ましい。
また、Ｌ１は０より大きければ良いが、Ｌ１＞０．５ｍｍであると、プロテクタ５１のガスを導入しやすく、好ましい。
【0034】
ここで、第２の態様においては、Ｌ１＜Ｌ２と規定した点が第１の態様と異なる。Ｌ１＜Ｌ２とした理由は以下による。つまり、ガス導入孔１５６から水滴Ｗが隙間Ｇに入り、仮に先端向き面１２０ａ１、１２０ａ２に当たらずにプロテクタ１５１内を移動した場合の水滴Ｗの最大径がＬ１となる。そこで、Ｌ１＜Ｌ２とすれば、最大径Ｌ１の水滴Ｗであってもセンサ素子２１から遠ざかるので、センサ素子２１に接触する可能性が低くなるからである。
【0035】
なお、図４の例では、主体金具１１の先端向き面は、径方向に平行な水平面１２０ａ１と、水平面１２０ａ１の径方向外側に繋がり先端側に向かって窄まると共に径方向外側に向くテーパ面１２０ａ２と、を構成する。
このように、主体金具１１の先端向き面が「先端側に向かって窄まり、径方向内側に向くテーパ面」を有しない構成とすると、ガス導入孔１５６から水平面１２０ａ１又はテーパ面１２０ａ２に当たった水滴Ｗは、下方に向く（水平面１２０ａ１）か、径方向外側に向く（テーパ面１２０ａ２）、つまり径方向内側に近づかない方向に跳ね返るので、水滴Ｗがセンサ素子２１に接触し難くなる。
このように、主体金具１１の先端向き面が「先端側に向かって窄まり、径方向内側に向くテーパ面」を有しない構成とすると、ガス導入孔１５６から水平面１２０ａ１又はテーパ面１２０ａ２に当たった水滴Ｗは、下方に向く（水平面１２０ａ１）か、径方向外側に向く（テーパ面１２０ａ２）、つまり径方向内側に近づかない方向に跳ね返るので、水滴Ｗがセンサ素子２１に接触し難くなる。
【0036】
これに対し、図４の破線で示したように、仮にガス導入孔１５６に対向する主体金具１１の先端向き面が「先端側に向かって窄まると共に径方向内側に向くテーパ面１２０ｔ」を有する場合、このテーパ面１２０ｔに当たった水滴Ｗは、径方向内側に跳ね返ってセンサ素子２１に接近する。このため、水平面や径方向外側に向くテーパ面と比較すると、水滴Ｗがセンサ素子２１に接触して被水し易くなり、耐被水性が低下する場合がある。
このため、径方向内側に向くテーパ面よりも、水平面や径方向外側を向くテーパ面とガス導入孔１５６とが対向している方が望ましく、ガス導入孔１５６の開口面積の１／２以上が水平面か径方向外側を向くテーパ面と対向していることが望ましい。但し、耐被水性が低下しない範囲で、主体金具１１の先端向き面が内側向きテーパ面を含むことを排除するものではない。
このため、径方向内側に向くテーパ面よりも、水平面や径方向外側を向くテーパ面とガス導入孔１５６とが対向している方が望ましく、ガス導入孔１５６の開口面積の１／２以上が水平面か径方向外側を向くテーパ面と対向していることが望ましい。但し、耐被水性が低下しない範囲で、主体金具１１の先端向き面が内側向きテーパ面を含むことを排除するものではない。
【0037】
なお、図４の例では、水平面１２０ａ１とテーパ面１２０ａ１のうち、水平面１２０ａ１が「主体金具１１の先端向き面の最先端１２ｆ」に相当する。
又、図４の例では、プロテクタ１５１の先端の底部１５１ａ中央にガス排出孔１５３が直接開口している。
又、図４の例では、プロテクタ１５１の先端の底部１５１ａ中央にガス排出孔１５３が直接開口している。
【0038】
なお、第２の態様においてガス導入孔１５６が複数個ある場合、個々のガス導入孔１５６と、そのガス導入孔５６が個別に対向する主体金具１１の先端向き面１２ａの最先端１２ｆ及びセンサ素子２１につき、いずれのガス導入孔１５６についてもＬ１＜Ｌ２の関係にあることが必要である。
又、個々のガス導入孔１５６についてのＬ２は、ガス導入孔１５６（の周縁）と、そのガス導入孔５６が対向するセンサ素子２１との最短の距離である。
又、個々のガス導入孔１５６についてのＬ２は、ガス導入孔１５６（の周縁）と、そのガス導入孔５６が対向するセンサ素子２１との最短の距離である。
【0039】
本発明のガスセンサは、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜にその構造、構成を設計変更して具体化できる。
例えば上記実施形態では、プロテクタ５１の段部５１ｄが径方向に沿って（平行に）形成され、段部５１ｄに設けられたガス導入孔５６のプロテクタ５１内側の周縁を通る平面の垂線が径方向と垂直であったが、プロテクタ５１の段部が径方向と垂直でない角度を持って形成されてもよい。
例えば上記実施形態では、プロテクタ５１の段部５１ｄが径方向に沿って（平行に）形成され、段部５１ｄに設けられたガス導入孔５６のプロテクタ５１内側の周縁を通る平面の垂線が径方向と垂直であったが、プロテクタ５１の段部が径方向と垂直でない角度を持って形成されてもよい。
【0040】
具体的には、図５に示すように、プロテクタ５１の段部５１ｄ２（のプロテクタ５１外面側）が径方向外側に向かって先端側へ下がるようなテーパ状をなしてもよい。この場合、段部５１ｄ２に設けられたガス導入孔５６のプロテクタ５１内側の周縁を通る平面の垂線（この垂線は、ガス導入孔５６からプロテクタ５１内部へ入る水滴Ｗの流れ方向を示す）も後端に向かって径方向外側へ向く。すなわち、ガス導入孔５６からプロテクタ５１内部へ入る水滴Ｗは、センサ素子２１から遠ざかる方向へ流れるので、水滴Ｗがセンサ素子２１に接触する可能性が低減する。
【0041】
なお、図５の例、及び上述した図３、図４の例では、ガス導入孔５６（１５６）を径方向の外側から見たとき、プロテクタ５１（１５１）の内部が見えない。このようにすると、径方向から水滴Ｗがプロテクタの内部、ひいてはセンサ素子２１に直接接触することを抑制することができる。
これに対し、図６に示すように、プロテクタ５１の段部５１ｄ３が径方向内側に向かって先端側へ下がるようなテーパ状をなし、かつガス導入孔５６を径方向の外側から見たとき、プロテクタ５１の内部が見える場合を考える。この場合、ガス導入孔５６を径方向の外側から見たとき、隙間ＣＬが形成され、この隙間ＣＬから水滴Ｗがプロテクタの内部、ひいてはセンサ素子２１に直接接触して耐被水が低下する場合がある。
これに対し、図６に示すように、プロテクタ５１の段部５１ｄ３が径方向内側に向かって先端側へ下がるようなテーパ状をなし、かつガス導入孔５６を径方向の外側から見たとき、プロテクタ５１の内部が見える場合を考える。この場合、ガス導入孔５６を径方向の外側から見たとき、隙間ＣＬが形成され、この隙間ＣＬから水滴Ｗがプロテクタの内部、ひいてはセンサ素子２１に直接接触して耐被水が低下する場合がある。
【0042】
従って、ガス導入孔を径方向の外側から見たとき、プロテクタの内部が見えないことが好ましい。但し、図６のようにプロテクタ５１の段部５１ｄ３が径方向内側に向かって先端側へ下がるようなテーパ状であっても、ガス導入孔５６を径方向の外側から見たとき、プロテクタ５１の内部が見えないような構成であればよい。プロテクタ５１の内部が見えない構成とするには、段部５１ｄ３の角度、プロテクタ５１の厚み、又はガス導入孔５６の径を調整することが挙げられる。
【0043】
また、センサ素子としては、酸素の濃度を測定するものに限定されず、窒素酸化物（ＮＯｘ）又は炭化水素（ＨＣ）等の濃度を測定するものを用いてもよい。
センサ素子としては、筒型のものを用いてもよい。
ガス導入孔やガス排出孔の形状や個数も限定されず、例えば楕円形であってもよい。主体金具の先端向き面の形状も上記に限定されない。
センサ素子としては、筒型のものを用いてもよい。
ガス導入孔やガス排出孔の形状や個数も限定されず、例えば楕円形であってもよい。主体金具の先端向き面の形状も上記に限定されない。
【符号の説明】
【0044】
１ ガスセンサ
１１ 主体金具
１１ｅ 主体金具の後端向き面
１２ａ、１２０ａ１、１２０ａ２ 主体金具の先端向き面
１２ｆ、１２０ｆ 先端向き面の最先端
２１ センサ素子
２２ 検知部
２５ 素子導入孔
５１，１５１ プロテクタ
５３，１５３ ガス排出孔
５６，１５６ ガス導入孔
Ｏ 軸線
１１ 主体金具
１１ｅ 主体金具の後端向き面
１２ａ、１２０ａ１、１２０ａ２ 主体金具の先端向き面
１２ｆ、１２０ｆ 先端向き面の最先端
２１ センサ素子
２２ 検知部
２５ 素子導入孔
５１，１５１ プロテクタ
５３，１５３ ガス排出孔
５６，１５６ ガス導入孔
Ｏ 軸線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】